Universitetet i Oslo (UiO) samarbeider med kjernefysikklaboratorier over store deler av verden, fra Japan i øst til USA i vest, for å avsløre atomkjernenes indre liv.
- Vi presser eksperimentene til det ytterste for å forstå hvordan atomkjernen fungerer. Atomkjernen er et utrolig komplekst, kvantefysisk system. Det er masse vi fortsatt ikke forstår, poengterer forsker Ann-Cecilie Larsen på Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.
Sammen med fysikere fra store deler av verden jakter hun på hva som foregår inne i atomkjernene og hvorfor de fungerer akkurat som de gjør. Da kan forskerne forstå mer om stjerneeksplosjoner og hvordan grunnstoffene, som også du og jeg består av, ble dannet i verdensrommet.
Den nye kunnskapen om atomkjernen er også viktig for å kunne lage mer målrettet kreftmedisin og for å kunne forstå hvordan fremtidens kjernefysiske reaktorer kan designes.
- Dagens reaktorer bruker uran. Her kjenner vi fysikken. Fremtidens reaktorer skal også kunne bruke annen type brensel, slik som thorium. Her vet vi ikke nok. Mye er ukjent. Hvordan blir de kjernefysiske reaksjonene? Hva skjer med brenselet etter mange år? Hvor mye energi og varme blir produsert? Hvor er den kritiske grensen for at noe kan gå galt? Forskningen vår skal gjøre det lettere å forutsi hva som kan skje, forteller professor Sunniva Siem.
Krasjkurs i atomkjerner
For å forstå hvordan kjernefysikerne avslører hemmelighetene til atomkjernene, tillater Apollon å gi deg et kort krasjkurs i atomlære.
I dag kjenner menneskeheten til 118 grunnstoffer. De er byggeklossene i all materie i universet, inkludert oss selv. Grunnstoffene er organisert i det periodiske systemet - den klassiske oversikten over alle grunnstoffene i verden - som ble grunnlagt av den russiske kjemikeren Dmitri Mendelejev i 1869.
Universitetet i Oslo undertegnet i april - på den norske ambassaden i Tokyo - en samarbeidsavtale med Konan-universitetet i Japan om eksperimentelle studier av energien i atomkjerner. Foran: professor Hiroaki Utsunomiya og professor Sunniva Siem på Fysisk institutt. Bak: Yoshiyuki Nagasaka, rektor ved Konan-universitetet, Erling Rimestad, ambassadør i Tokyo og daværende rektor Ole Petter Ottersen ved UiO. (Foto: Yngve Vogt)
Med unntak av verdens letteste grunnstoff, hydrogen, består alle atomkjerner av både protoner og nøytroner. Protoner er ladde partikler. Antall protoner i atomkjernen bestemmer hvilket grunnstoff atomkjernen er. Nøytronene veier like mye som protoner, men har ingen elektrisk ladning.
Det finnes en rekke varianter av hvert eneste grunnstoff. Variantene kalles for isotoper. Det som skiller dem, er antall nøytroner.
De fleste isotoper er ustabile. Om antall nøytroner endrer seg, omdannes isotopene til andre isotoper av samme grunnstoff. Dersom antallet protoner endrer seg, omdannes isotopen til et annet grunnstoff.
Alle isotoper har forskjellige egenskaper, slik som hvor mye energi og stråling de sender ut og hva som skal til for å varme opp atomkjernen. Halveringstiden er også viktig. Den forteller hvor lang tid det tar før halvparten av en viss mengde isotoper er omdannet til noe annet.
Forskerne har funnet flere tusen isotoper. De fleste av dem lever bare et kort liv i atomreaktorer og i stjerneeksplosjoner.
All kunnskap om isotopene er sydd sammen i et gedigent isotopkart.
- Kjernefysikere over hele verden prøver å undersøke de forskjellige delene av isotopkartet og hvordan kjernene snirkler seg igjennom isotopkartet når de avgir og mottar nøytroner og protoner, forteller Sunniva Siem.
For å avsløre atomkjernens hemmeligheter, må kjernefysikerne studere hvordan protonene og nøytronene er plassert. Protonene og nøytronene går i baner. De er klemt svært tett sammen og ligger lagvis oppå hverandre. Hvor tett lagene er, har mye å si for hvordan de kjernefysiske reaksjonene blir.
Det er en omstendelig prosess å finne egenskapene til en isotop. Kjernefysikerne kan bruke måneder og år
